CN104848590A - 三联供水源热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三联供水源热泵机组，包括热交换回路、水源回路、生活热水回路和空调用水回路，其中，所述热交换回路上依次安装有压缩机、一级冷凝器、二级冷凝器、膨胀阀和蒸发器；所述水源回路沿其设置方向依次设有水源进水口、一级热交换段、二级热交换段、三级热交换段和水源出水口，所述一级热交换段延伸至所述一级冷凝器，所述二级热交换段延伸至所述二级冷凝器，所述三级热交换段延伸至所述蒸发器。本发明的有益效果为：同时对生活热水回路的热源、空调回路的热源以及空调回路的冷源的三联供，或者辅助饮用水回路实现四联供。

Description

三联供水源热泵机组

技术领域

本发明涉及一种水源热泵机组，具体涉及一种三联供水源热泵机组。

背景技术

目前已有技术的热回收型水源热泵机组是利用冷凝热将自来水加热成生活热水或其它工艺热水，它利用压缩机的排气显热和部分冷凝潜热对热水进行第一步加热，剩余热量由冷凝器带走。其工作原理：为了回收利用制冷时产生的冷凝热，热回收型水源热泵机组将普通型水源热泵的冷凝器改变成热回收换热器(制冷剂环路/供热水环路)+冷凝器(制冷剂环路/冷却水环路)的形式。无论是部分热回收型水源热泵机组还是全部热回收型水源热泵机组，只能实现制冷优先运行、制热优先运行、单独制冷运行、单独制热运行四种工况。热回收型水源热泵机组夏季能够同时实现制冷及供热，但目前已有技术的热回收型水源热泵机组是冬季不能同时产生二种热水参数(采暖和生活用热)，热水参数一般为45～50度(空调制热工况)或60～65度(生活热水制热工况)。

目前水源热泵机组运行模式：

运行模式一：全部热回收型水源热泵机组(制冷优先)能满足供冷冷负荷，其热回收换热器不能满足供热的热负荷时，由全部热回收型水源热泵机组的热回收换热器和普通型水源热泵机组BE/SRHH2402制热(并调节制热量)联合运行满足供热的热负荷。

运行模式二：全部热回收型水源热泵机组(制冷优先)能满足供冷冷负荷，其热回收换热器能满足供热的热负荷时，由其冷凝器调节热回收换热器的制热量满足供热的热负荷。

运行模式三：全部热回收型水源热泵机组(制冷优先满负荷运行)不能满足供冷冷负荷，热回收换热器能满足供热的热负荷，其冷凝器调节热回收换热器的制热量满足供热的热负荷时，由普通型水源热泵机组制冷(并调节制冷量)联合运行满足供冷冷负荷。

运行模式四：仅有供热的热负荷并且小于、等于一台机组制热量时，由普通型水源热泵机组制热(并调节制热量)运行满足供热的热负荷。

运行模式五：仅有供热的热负荷并且大于一台机组制热量时，由普通型水源热泵机组和全部热回收型水源热泵机组联合制热运行满足供热的热负荷。

其中，全部热回收机组的全热回收器与冷凝器为并联安装，其特点是回收热量比例高，所提供的热水量较大，热水出水温度比较低，比较适合于空调热水的供应。全热回收器与冷凝器不能同时工作。

部分热回收机组的全热回收器与冷凝器为串联安装，其特点是回收热量比例低，所提供的热水量较小，热水出水温度比较高，比较适合于生活热水的供应。全热回收器与冷凝器能同时工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种三联供水源热泵机组，其通过热交换回路的一级冷凝器和二级冷凝器进行散热，以分别加热设置在一级冷凝器的一级吸热段和设置在二级冷凝器的二级吸热段，借以分别为生活热水回路提供热源和为空调用水回路提供热源，通过热交换回路的蒸发器吸热为空调用水回路提供冷源，以此实现同时对生活热水回路的热源、空调回路的热源以及空调回路的冷源的三联供，采用二级冷凝器，压缩机排出的高温高压气态制冷剂(温度约70～85℃)的一部分进入第一级冷凝器和生活热水(出水温度为～60℃)进行换热后和另一部分制冷剂先进行混合，提升温升后再进入第二级冷凝器和空调热水(出水温度为～45℃)进行换热，冷凝为中温(30～50℃)高压的制冷剂液体。基于此原理，本专利技术既满足生活热水、空调热水出水温度要求，又能满足同时提供生活热水、空调热水的需要，还能对生活热水热负荷、空调热水热负荷进行一定程度的相互调节。因三联供机组的冷凝器的进、出水温度较空调工况下普通型水源热泵机组高，机组的运行效率会下降，但是综合考虑***的整体性能(充分利用冷凝热，免费提供生活/空调或工艺用热水)，仍然有较好的节能优势，特别是适合像宾馆这类同时需要提供空调热水、生活热水的场合，以克服现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种三联供水源热泵机组，包括热交换回路、水源回路、生活热水回路和空调用水回路，其中：

所述热交换回路上依次安装有压缩机、一级冷凝器、二级冷凝器、膨胀阀和蒸发器；

所述水源回路沿其设置方向依次设有水源进水口、一级热交换段、二级热交换段、三级热交换段和水源出水口，所述一级热交换段延伸至所述一级冷凝器，所述二级热交换段延伸至所述二级冷凝器，所述三级热交换段延伸至所述蒸发器；

所述生活热水回路具有延伸至生活热水用水区的两端，以及，延伸至所述一级冷凝器的一级吸热段，所述生活热水回路上靠近其两端的位置均设有阀门，所述一级吸热段上设有阀门；

所述空调回路具有延伸至空调用水的接口处的两端，以及，延伸至所述蒸发器的散热段、延伸至所述二级冷凝器的二级吸热段，所述空调回路上靠近其两端的位置均设有阀门，所述散热段和所述二级吸热段均设有阀门，所述三联供水源热泵机组还包括控制器、安装在所述水源回路上的检测装置、安装在所述生活热水回路上的检测装置，以及，安装在所述空调用水回路上的检测装置，所有所述检测装置的信号输出端均与所述控制器通信连接，所有所述阀门的控制端均与所述控制器通信连接，借以实现所述阀门与所述信号检测装置的联动。

进一步的，所述检测装置包括压力检测装置和温度检测装置，所述水源回路上靠近水源进水口和水源出水口的两端均安装有所述压力检测装置和所述温度检测装置；所述空调回路上靠近其两端的位置上均安装有所述压力检测装置和所述温度检测装置；所述一级吸热段上安装有所述压力检测装置和所述温度检测装置。

进一步的，所述检测装置还包括压力传感器和温度传感器，所述水源回路上靠近水源进水口和水源出水口的两端均安装有所述压力传感器和所述温度传感器；所述空调回路上靠近其两端的位置上均安装有所述压力传感器和所述温度传感器；所述一级吸热段上安装有所述压力传感器和所述温度传感器，所述压力传感器和所述温度传感器均与所述控制器通信连接。

进一步的，所述一级吸热段上、所述二级吸热段上和所述散热段上均安装有温度传感器、压力传感器和水流开关。

优选的，所述热交换回路的数量、所述生活热水回路的数量和所述空调回路的数量均为两个。

进一步的，两个所述一级吸热段的两端分别通过一平衡管路与所述水源进水口与所述水源出水口连接，借以抵抗生活热水回路内的负荷变化。

进一步的，本发明还包括生活饮用水回路，其具有延伸至生活饮用水区的两端，以及，延伸至所述一级冷凝器的一级饮用水吸热段，和/或，延伸至所述二级冷凝器的二级饮用水吸热段，和/或，延伸至所述蒸发器的饮用水散热段；所述生活饮用水回路上靠近其两端的位置均设有阀门，所述一级饮用水吸热段上、所述二级饮用水吸热段上和所述饮用水散热段上均安装有所述阀门，所有所述阀门均与所述控制器通信连接，所述生活饮用水回路上安装有所述检测装置，所述检测与所述控制器通信连接。

进一步的，所述生活热水回路的两端与所述一级冷凝器之间的管路上均安装有半容积式储热罐，所述生活饮用水回路的两端与所述一级冷凝器之间的管路上均安装有半容积式储热罐。

进一步的，所述生活热水回路的冷水进水管和所述生活热水回路的热水出水管上均安装有循环动力泵，所有所述循环动力泵均与所述控制器通信连接。

进一步的，所述生活热水回路的冷水进水管和所述生活饮用水回路的进水管上均安装有过滤器。

本发明的有益效果为：采用的水源热泵机组为制冷、制热及生活热水一体化机组，特点之一和目前热回收型水源热泵机组技术相比没有设热回收器，而是冷凝器采用二级，以克服只有一级的冷凝器由于冷凝温差小而不能提高生活热水供水温度从而达到设计出水温度的问题，最主要是要保证第一级冷凝器换热面积仅按显热放热量计算；之二是空调水***和生活热水***分开设，以保证能同时使用；之三是采用容积式换热器，这样能保证没有换热端差。这解决了目前为满足冷、热负荷同时要求提供时，通常设计中需要增加设备，***及其运行工况复杂的问题，以使整个***的能效比得到提高，也使机组的配置更加合理。当生活热水热负荷较小或无时，为满足制冷负荷出力，通过管路和阀门进行切换。

附图说明

图1是本发明所述的水源热泵***P&ID图；

图2是本发明所述的热交换回路的压焓图。

图中：11、压缩机；121、一级冷凝器；122、二级冷凝器；13、膨胀阀；14、蒸发器；20、空调；30、水源；401、阀门F1；402、阀门F2；403、阀门F3；404、阀门F4；405、阀门F5；406、阀门F6；407、阀门F7；408、阀门F8；409、阀门F9；410、阀门F10；411、阀门F11；412、阀门F12；413、阀门F13；414、阀门F14；415、阀门F15；416、阀门F16；417、阀门F17；418、阀门F18；419、阀门F19；420、阀门F20；421、阀门F21；422、阀门F22；423、阀门F23；424、阀门F24；501、压力表；502、温度计；503、水流开关；504、压力传感器；505、温度传感器；6、半容积式储热罐；7、循环动力泵。

具体实施方式

优选实施例

如图1所示，一种三联供水源热泵机组，包括热交换回路、水源回路、生活热水回路和空调用水回路，其中，所述热交换回路上依次安装有压缩机11、一级冷凝器121、二级冷凝器122、膨胀阀13和蒸发器14；所述水源回路沿其设置方向依次设有水源进水口、一级热交换段、二级热交换段、三级热交换段和水源出水口，水源30从水源进水口流入水源回路从水源出水口流出水源出水口，所述一级热交换段延伸至所述一级冷凝器121，所述二级热交换段延伸至所述二级冷凝器122，所述三级热交换段延伸至所述蒸发器14；所述生活热水回路具有延伸至生活热水用水区的两端，以及，延伸至所述一级冷凝器121的一级吸热段，所述生活热水回路上靠近其两端的位置均设有阀门，所述一级吸热段上设有阀门；所述空调回路具有延伸至空调20的接口处的两端，以及，延伸至所述蒸发器14的散热段、延伸至所述二级冷凝器122的二级吸热段，所述空调回路上靠近其两端的位置均设有阀门，所述散热段和所述二级吸热段均设有阀门，所述三联供水源热泵机组还包括控制器、安装在所述水源回路上的检测装置、安装在所述生活热水回路上的检测装置，以及，安装在所述空调用水回路上的检测装置，所有所述检测装置的信号输出端均与所述控制器通信连接，所有所述阀门的控制端均与所述控制器通信连接，借以实现所述阀门与所述信号检测装置的联动。

所述检测装置包括压力检测装置和温度检测装置，所述水源回路上靠近水源进水口和水源出水口的两端均安装有所述压力检测装置和所述温度检测装置；所述空调回路上靠近其两端的位置上均安装有所述压力检测装置和所述温度检测装置；所述一级吸热段上安装有所述压力检测装置和所述温度检测装置。压力检测装置为压力表501，温度检测装置为温度计502，便于现场查看对应位置的压力和温度。

所述检测装置还包括压力传感器504和温度传感器505，所述水源回路上靠近水源进水口和水源出水口的两端均安装有所述压力传感器504和所述温度传感器505；所述空调回路上靠近其两端的位置上均安装有所述压力传感器504和所述温度传感器505；所述一级吸热段上安装有所述压力传感器504和所述温度传感器505，所述压力传感器504和所述温度传感器505均与所述控制器通信连接，从而，将对应位置的温度和压力数据传输到控制器，并加以存储，或/和，显示以方便对该本发明的工作状态加以监控。

所述一级吸热段上、所述二级吸热段上和所述散热段上均安装有温度传感器505、压力传感器504和水流开关503，水流开关503与控制器通信连接，用以将对应位置的温度和压力数据传输到控制器，并加以存储，或/和，显示以方便对该本发明的工作状态加以监控。

所述热交换回路的数量、所述生活热水回路的数量和所述空调回路的数量均为两个，如图1所示，根据实际需要，上述回路的数量也可以同时为一个或同时为多个。两个所述一级吸热段的两端分别通过一平衡管路与所述水源进水口与所述水源出水口连接，借以抵抗生活热水回路内的负荷变化。

本发明还包括生活饮用水回路(图中未画出)，其具有延伸至生活饮用水区的两端，以及，延伸至所述一级冷凝器121的一级饮用水吸热段，和/或，延伸至所述二级冷凝器122的二级饮用水吸热段，和/或，延伸至所述蒸发器14的饮用水散热段；所述生活饮用水回路上靠近其两端的位置均设有阀门，所述一级饮用水吸热段上、所述二级饮用水吸热段上和所述饮用水散热段上均安装有所述阀门，所有所述阀门均与所述控制器通信连接，所述生活饮用水回路上安装有所述检测装置，所述检测与所述控制器通信连接。通过一级饮用水吸热段、二级饮用水吸热段对生活饮用水进行预加热，其加热后的温度分别为60℃左右和45℃左右，从而节约加热饮用水所耗费的能源，通过饮用水散热段对饮用水进行散热，节约冷却饮用水所耗费的能源。从而，配合生活热水回路、空调用水回路实现热泵机组的四联供，满足多样化需求。

所述生活热水回路的两端与所述一级冷凝器121之间的管路上均安装有半容积式储热罐6，所述生活饮用水回路的两端与所述一级冷凝器121之间的管路上均安装有半容积式储热罐6。为了监测半容积式储热罐6内的压力，在其上设置压力表接口，同理还可在其上设置温饱接口，用于连接温饱，压力表用于显示半容积式储热罐6内部的压力，温包可以与动力组件如阀门联动进而控制本发明的管路连通状态。如果生活热水热负荷要求较大，可以增加闭式储热水罐容积。闭式储热水罐的设计小时供热量按下式计算：

$\mathrm{Qg}=\mathrm{Qh}-1.163\frac{\mathrm{\ηVr}}{T}(\mathrm{Tr}-\mathrm{Tl})\mathrm{\ρ}$

式中：

Qg——储热水罐的设计小时供热量(W)；

Qh——设计小时耗热量(W)；

η——有效贮热容积系数；容积式水加热器η＝0.75；

Vr——储热水罐总贮热容积(L)；

T——设计小时耗热量持续时间(h)；

Tr——加热器热水出水温度(℃)；

Tl——冷水温度(℃)，一般取5℃；

ρ——热水密度(kg/L)。

所述生活热水回路的冷水进水管和所述生活热水回路的热水出水管上均安装有循环动力泵7，所有的循环动力泵7均与控制器通信连接。所述生活热水回路的冷水进水管和所述生活饮用水回路的进水管上均安装有过滤器。用来过滤该回路内的杂质，提高本发明的使用寿命。

本发明采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，夏季将建筑物中的热量转移到水源中，冬季则从水源中提取热量，实现低位热能向高位热能转移。

为避免回气带液，甚至引起湿冲程液击损坏压缩机11，就需要一定范围之内的吸气过热度，以保证只有干蒸汽进入压缩机11，暨调节膨胀阀13开度，相应调节蒸发器14供液量，最终设定吸气过热度。再因压缩机11压缩过程是一个近似的等熵过程，故压缩机11排气为过热蒸汽状态，图2上2点处的制冷剂介质温度高于2’点处(饱和蒸汽线上)的制冷剂介质温度，为显热放热过程，2’到3’为潜热放热过程。本专利采用三联供水源热泵机组回收利用这部分冷凝显热，既可以达到这部分冷凝热的回收利用满足节能和节省运行费用的目的，机组制热比电加热更加节能；又能使生活热水冬季供水温度保持在60～65度可用的温度上(根据冷媒性质决定，2点为压缩机11排气状态点，当采用氟利昂制冷剂时一般都在65度以上。)，规范要求设计出水温度在60度以上。

本专利采用的水源热泵机组为制冷、制热及生活热水一体化机组，特点之一和目前热回收型水源热泵机组技术相比没有设热回收器，而是冷凝器采用二级，以克服只有一级的冷凝器由于冷凝温差小而不能提高生活热水供水温度从而达到设计出水温度的问题，最主要是要保证第一级冷凝器121换热面积仅按显热放热量计算；之二是空调水***和生活热水***分开设，以保证能同时使用；之三是采用容积式换热器，这样能保证没有换热端差。这解决了目前为满足冷、热负荷同时要求提供时，通常设计中需要增加设备，***及其运行工况复杂的问题，以使整个***的能效比得到提高，也使机组的配置更加合理。当生活热水热负荷较小或无时，为满足制冷负荷出力，通过管路和阀门(图中F17～F24)进行切换。

为了进一步实现本发明的高度自动化，本发明还包括截止阀、球阀、止回阀、压差传感器和安全阀，其安装位置参照如2，上述的检测装置均与控制器通信连接。从而实现对本发明的管路的通断的控制，并且延长其使用寿命。

考虑这部分冷凝显热虽只占全部冷凝热(全部冷凝热一般占制冷量的1.15～1.3倍)的10％～15％(根据冷媒性质决定)，但温度较高，为满足工程上对生活热水热负荷不同要求，结合洗浴热水***的储热***，一方面考虑了洗浴热水***一般热负荷在一天中变化较大的特点，冷凝效果变化频繁，导致机组的运行工况不稳定；二方面降低了热泵机组的峰值热负荷，避免热泵机组选型过大；三方面是也为了冷凝热充分回收利用。

通过控制设置在水源回路、生活热水回路和空调用水回路上的阀门，来满足不同的使用模式，上述回路均使用管路连接，本发明的阀门包括阀门F1401；阀门F2402；阀门F3403；阀门F4404；阀门F5405；阀门F6406；阀门F7407；阀门F8408；阀门F9409；阀门F10410；阀门F11411；阀门F12412；阀门F13413；阀门F14414；阀门F15415；阀门F16416；阀门F17417；阀门F18418；阀门F19419；阀门F20420；阀门F21421；阀门F22422；阀门F23423；阀门F24424；上述阀门的设置参照图1，上述阀门可采用电动蝶阀。

本发明的管路和阀门的连接方式如图1所示，不同季节时阀门的启闭控制(图中使用F1代表阀门F1401，依次类推至F24代表阀门F24424)

夏季时，空调需供冷，控制器按照上表中的方式对各阀门相应启闭，以使空调供冷，生活热水阀门可自由启闭；冬季时，空调需供供暖，；非供冷、供暖季节，同理，同理，控制器按照上表中的方式对各阀门相应启闭，以使空调不工作，生活热水阀门可自由启闭，从而实现三联供的或与饮用水回路一同实现四联供。

Claims (10)

1.一种三联供水源热泵机组，其特征在于，包括热交换回路、水源回路、生活热水回路和空调用水回路，其中：

所述热交换回路上依次安装有压缩机、一级冷凝器、二级冷凝器、膨胀阀和蒸发器；

所述水源回路沿其设置方向依次设有水源进水口、一级热交换段、二级热交换段、三级热交换段和水源出水口，所述一级热交换段延伸至所述一级冷凝器，所述二级热交换段延伸至所述二级冷凝器，所述三级热交换段延伸至所述蒸发器；

所述生活热水回路具有延伸至生活热水用水区的两端，以及，延伸至所述一级冷凝器的一级吸热段，所述生活热水回路上靠近其两端的位置均设有阀门，所述一级吸热段上设有阀门；

所述空调回路具有延伸至空调用水的接口处的两端，以及，延伸至所述蒸发器的散热段、延伸至所述二级冷凝器的二级吸热段，所述空调回路上靠近其两端的位置均设有阀门，所述散热段和所述二级吸热段均设有阀门，所述三联供水源热泵机组还包括控制器、安装在所述水源回路上的检测装置、安装在所述生活热水回路上的检测装置，以及，安装在所述空调用水回路上的检测装置，所有所述检测装置的信号输出端均与所述控制器通信连接，所有所述阀门的控制端均与所述控制器通信连接，借以实现所述阀门与所述信号检测装置的联动。

2.根据权利要求1所述的三联供水源热泵机组，其特征在于，所述检测装置包括压力检测装置和温度检测装置，所述水源回路上靠近水源进水口和水源出水口的两端均安装有所述压力检测装置和所述温度检测装置；所述空调回路上靠近其两端的位置上均安装有所述压力检测装置和所述温度检测装置；所述一级吸热段上安装有所述压力检测装置和所述温度检测装置。

3.根据权利要求2所述的三联供水源热泵机组，其特征在于，所述检测装置还包括压力传感器和温度传感器，所述水源回路上靠近水源进水口和水源出水口的两端均安装有所述压力传感器和所述温度传感器；所述空调回路上靠近其两端的位置上均安装有所述压力传感器和所述温度传感器；所述一级吸热段上安装有所述压力传感器和所述温度传感器，所述压力传感器和所述温度传感器均与所述控制器通信连接。

4.根据权利要求3所述的三联供水源热泵机组，其特征在于，所述一级吸热段上、所述二级吸热段上和所述散热段上均安装有温度传感器、压力传感器和水流开关。

5.根据权利要求4所述的三联供水源热泵机组，其特征在于，所述热交换回路的数量、所述生活热水回路的数量和所述空调回路的数量均为两个。

6.根据权利要求5所述的三联供水源热泵机组，其特征在于，两个所述一级吸热段的两端分别通过一平衡管路与所述水源进水口与所述水源出水口连接，借以抵抗生活热水回路内的负荷变化。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的三联供水源热泵机组，其特征在于，还包括生活饮用水回路，其具有延伸至生活饮用水区的两端，以及，延伸至所述一级冷凝器的一级饮用水吸热段，和/或，延伸至所述二级冷凝器的二级饮用水吸热段，和/或，延伸至所述蒸发器的饮用水散热段；所述生活饮用水回路上靠近其两端的位置均设有阀门，所述一级饮用水吸热段上、所述二级饮用水吸热段上和所述饮用水散热段上均安装有所述阀门，所有所述阀门均与所述控制器通信连接，所述生活饮用水回路上安装有所述检测装置，所述检测与所述控制器通信连接。

8.根据权利要求7所述的三联供水源热泵机组，其特征在于，所述生活热水回路的两端与所述一级冷凝器之间的管路上均安装有半容积式储热罐，所述生活饮用水回路的两端与所述一级冷凝器之间的管路上均安装有半容积式储热罐。

9.根据权利要求8所述的三联供水源热泵机组，其特征在于，所述生活热水回路的冷水进水管和所述生活热水回路的热水出水管上均安装有循环动力泵，所有所述循环动力泵均与所述控制器通信连接。

10.根据权利要求9所述的三联供水源热泵机组，其特征在于，所述生活热水回路的冷水进水管和所述生活饮用水回路的进水管上均安装有过滤器。